Расчет выигрыша в силе: формула, примеры расчета с пояснениями

Разглядим, как высчитать выигрыш в силе при использовании простых устройств, которые люди тысячелетиями употребляют для перемещения тяжёлых предметов: рычаги, наклонные поверхности, блоки. 1-ые используются для перемещения мощных предметов с применением сил, которые имеют наименьший за их вес; 2-ые – упрощают передвижение и подъём тел.

О простых механизмах

• рычагов – жёстких балок, способных вращаться вокруг точки опоры;
• блоков – колёс с желобами для скольжения верёвки, ремня, троса.

Части рычага до и опосля точки опоры именуются плечами:

• маленьким – плечо приложения усилия;
• длинноватым – плечо приложения силы.

Механизм создаёт большее физическое усилие на маленьком плече, чем сила, прилагаемая к длинноватому. На практике в его качестве используются длинноватые (до нескольких метров) жёсткие древесные балки, брус, железные трубы.

Он же стал прототипом первых механических весов.

Рычаг будет находиться в равновесии до момента, пока крутящий его по часовой стрелке момент сил приравнивается силе, крутящей его в оборотном направлении (по модулю). Если у механизма различные оси вращения – расстояние от точки опоры до места прикладывания усилия, таковой рычаг даёт выигрыш в силе, расчёт которого проводится по формуле:

• F₁ и F₂ – величины усилий;
• l₁ и l₂ – длина первого и второго плеча.

В этом случае l₁

Вправду, жёсткий рычаг с отличающейся в 10-ки раз длиной плеч сведёт к минимуму прикладываемую для передвижения или подъёма предмета силу, но выигрыш в работе он не обеспечит. Во сколько раз легче будет подъем, ровно на столько вещь придётся переместить далее, а означает выигрыша в работе не получить. Докажем это.

Выполняемая работа пропорциональна прикладываемой силе, пройденному телами расстоянию на угол поворота.

Отсюда выплывает, что энергия в системе ниоткуда не возникает и безо всяких следов не исчезает, лишь перебегает из одной формы в иную. Часть – уходит на нагрев тел вследствие их трения.

Примеры рычага: плоскогубцы, ножницы, клещи, ручной тормоз авто.

Какой выигрыш в силе дает подвижный блок

Различают недвижные и подвижные блоки – колёса с продольными канавами для верёвки, крепящиеся на ось. 1-ые изменяют направление действия приложенной силы, не предоставляя преимуществ для перемещения вещей, 2-ые – прикладываемую силу. Подвижной блок {перемещается} с грузом, понижая прикладываемое для движения груза усилие.

Разберёмся, как отыскать выигрыш в силе в таковой ситуации. Поднимая груз весом P средством подвижного блока, необходимо приложить в два раза наименьшую силу, чем через недвижный, ведь плечо OA (радиус) для силы P в два раза меньше OB (поперечника круга) для силы натяжения троса. Если тот растягивается на длину l, груз поднимается лишь на одну вторую этого расстояния l2:

С учётом силы трения формула расчета выигрыша в силе приобретает вид:

K – коэффициент трения.

Задачка

Рабочий средством подвижного блока поднимает ведро песка на высоту 6 м. При всем этом прилагается сила, равная 160 Н. Трение увеличивает прикладываемую силу на 10%. Высчитать совершаемую человеком работу?

A = kFs=1,1*160*6= 1056 Дж 1,056 кДж.

Какой выигрыш в силе даcт внедрение показанной на рисунке схемы?

Механизм представлен парой недвижных и 3-мя подвижными блоками. Любой понижает прикладываемую силу в два раза, даёт выигрыш в 6 раз.